坑基预答辩汇报材料PPT课件.ppt

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1、预答辩汇报材料 1 目录 第一章绪论第二章有限元单元法模拟基坑开挖的基本理论第三章多种支护方式在基坑开挖过程中的优化选择第四章有限无法在基坑开挖中的应用及与实测结果的对比第五章结论与展望 2 第一章绪论 1 1概述1 2基坑的开挖与支护形式基坑开挖的形式大体可分为四类 放坡开挖 挡土支护开挖 分部开挖和组合开挖 支护形式大体可以归结为重力式支护体系和桩 墙 式支护体系两大类 3 1 3基坑的变形与失稳基坑的变形主要有以下几种形式 1 坑底土体隆起 2 围护墙位移 3 周围地表的沉降 失稳的类型可以分为以下六类 1 拉锚破坏或支撑压弯 2 支挡结构的变形过大或弯曲破坏 3 支挡结构底部走动 4

2、土体的整体滑动 5 支挡结构倾覆 6 支挡结构滑移 鞅模型的本质含义是公平博弈 很长一段时间里 人们认为如果鞅模型成立 价格已经充分反映了所有信息 市场是有效率的 没有人能够利用信息获得超额利润 4 1 4基坑的分析方法基坑理论计算方面 主要有三种基本方法 即极限平衡法 土抗力法和有限元法 1 5本章小结有限元数值分析在基坑工程中有其独特的优点和重要的意义 5 第二章有限元单元法模拟基坑开挖的基本理论 1 从有限元理论的基本思想出发 阐明了有限元在基坑开挖过程中的应用方法 2 分析了在基坑开挖有限元分析过程中涉及的各种准则 包括土体与支护的本构关系 破坏准则 屈服准则及流动规则等 并对解决实际

3、问题所面临的细节问题 如初应力施加 接触面等问题 进行了讨论并提出了解决的方法 6 第三章多种支护方式在基坑开挖过程中的优化选择 3 1概述模拟过程中的参数如下表 表1 参数汇总表 7 基坑开挖在一均质土体上进行 基坑深9米 宽20米 鉴于对称性 以基坑中轴线为对称轴 取左侧一半进行建模 在开挖前 利用钻孔灌注桩形成连续的地下挡土墙 然后进行开挖 连续墙深度为15米 为了克服边界造成的影响 建立的有限元模型的尺寸取为地表下25米及基坑中轴线左侧各30米 对于开挖时造成的施工荷载取挡土墙外侧9米内 大小取10KPa 8 图3 1挡土墙作用下开挖的计算模型图 如图1所示 9 3 2工况一 挡土墙作

4、用下的基坑开挖模拟3 2 1单元划分开挖分三次完成 第一次开挖深度为四米 第二次开挖三米 第三次开挖两米 10 图3 2模型的单元划分 11 3 2 2结果分析 图3 3挡土墙沿线的横向位移 12 图3 4第二次开挖后的塑性区 13 图3 5第三次开挖后的塑性区 14 3 3工况二 在挡土墙及水平侧向支撑共同作用下的基坑开挖水平侧向支撑采用截面积为0 2m 0 2m的钢筋混凝土横梁 弹性模量为24000MPa 3 3 1不同位置处设置水平横向支撑对横向变形的影响万花筒支撑设置于地表处 支撑设置在第一次开挖后进行 15 图3 6地表处设置水平侧向支撑的计算模型图 16 图3 7在地表处设置支撑后

5、的横向位移 17 图3 8第二次开挖后的塑性区 18 图3 9第三次开挖后的塑性区 19 与只有挡土墙情况相比 在水平侧向支撑的作用下土体塑性区域面积有所减小 但开挖面以下部分土体的塑性区域面积变化不大 需要对挡土墙下部的刚度进行调整 通过将侧向支撑下移的方法增加下部的刚度 将水平侧向支撑设置在地表下4米位置处 即在第一次开挖后的基坑底部设置侧向支撑 重新进行开挖过程的模拟 得到的横向位移如图3 11 20 图3 10侧向支撑设置设置于下表下4米时的计算模型图 21 图3 11地表下4米处设置侧向支撑后的横向位移 22 图3 12第三次开挖后的塑性区域 侧向支撑下移 23 3 3 2预应力水平

6、侧向支撑对横向位移的影响本例模拟在第一次开挖后 在地表下3米处先设置一道不加预应力的水平侧向支撑 在第二次开挖完成后 在地表下8米处再设置一道侧向支撑 并对支撑预加200KPa的预应力 24 图3 13设置预应力支撑时的计算模型图 25 图3 14预应力支撑下的基坑横向位移 26 图3 15设置预应力支撑前的塑性区域 27 图3 16预应力施加后的塑性区域 28 3 4工况三 挡土墙及预应力锚杆共同作用下的基坑开挖本例设置两层锚杆 第一层位于地表下3米处 第二层位于地表下7米处 锚固端长度为7 1米 自由端长度为5 4米 在第一次开挖完成后 设置第一层锚杆 第二次开挖完成后设置第二次锚杆 为了

7、分析预加应力对横向位移的影响 分别进行了两次数值计算 第一次计算不加预应力 而第二次为自由端设置200KPa的预拉应力 计算的模型图如下 29 图3 17设置预应力锚杆的计算模型图 30 图3 18锚杆有无预应力对横向位移的影响 31 图3 19锚杆无预应力时第三次开挖后的塑性区 32 图3 20锚杆有预应力时第三次开挖后的塑性区 33 3 5本章小结水平侧向支撑是常用的方式 不同的支撑位置产生的支撑效果是不同的 合理的选择支撑位置不仅可以产生更好的支撑效果 同时可以节省支撑材料 从而节省成本 在基坑底层设置预加压应力的侧向支撑可以有效抑制基坑被动区的塑性区面积 34 预应力锚杆也是基坑开挖过

8、程中很好的支护方式 它不仅能控制基坑的横向位移 通过预应力的施加也可以达到减小被动区塑性区域面积的效果 同时 由于锚杆都是设置在土体内部 因此基坑中有充足的施工空间 给以后的施工过程提供了方便 35 在单独的挡土墙支护在很多情况下不能满足深基坑的开挖 可以采用多种支护方式组成联合支护系统 以更好的保障基坑开挖的顺利进行 36 第四章有限无法在基坑开挖中的应用及与实测结果的对比 4 1工程概况无锡市湖滨路蠡湖隧道工程位于无锡市区西南部无锡滨湖区内 是无锡市新湖滨路上的重要节点工程之一 隧道北端与拟建的隐秀路相接 向南穿越众多树林 农田及绿化后 在K0 285处进入敞开段 再向南行进穿越拟建的新二

9、中路 在K0 428处进入暗埋段 然后下穿金城西路 从K0 660起沿蠡湖东端穿越 37 该湖 在K1 200处到达南岸后渐出地面 经民房 农田等后 在K1 630处与金石路相接 到达终点 全长1180m 里程为K0 270 K1 450 其中湖中暗埋段880m 敞开段约300米 基坑支护方案本工程主要的支护形式是SMW围护结构型式 开挖深度较浅采用放坡开挖施工方法 38 基坑开挖过程 1 开挖土体至第一道支撑底 浇筑SMW围护结构顶圈梁及第一道钢筋混凝土支撑 2 待顶圈梁及第一道混凝土支撑达到强度后 开挖土体至第二道支撑底面以下300mm位置 固定钢围囹及架设钢系杆 然后设置钢支撑 并对支撑

10、施加预应力 围囹和钢支撑及围护桩内的H型钢应有可靠连接 钢围囹与围护桩之间缝隙用快硬细石砼填实 3 开挖土体至坑底标高 浇筑素混凝土垫层 结构底板并浇筑部分侧墙至第二道支撑下 待混凝土达到设计强度后 再拆除第二道支撑 4 浇筑侧墙 顶板 5 当回填土至第一道支撑下时 方可拆除第一道支撑 39 4 2基坑开挖的数值模型的建立选择一个典型断面K0 745进行数值分析 并将数值分析的结果与现场实测的结果进行对比 K0 745断面的开挖深度为6米 支护形式采用隔一插一型SMW桩 砼支撑位于地表处 钢支撑位于地表下4米处 SMW支护深度为20米 基坑宽度为30米 40 图4 1K0 745开挖断面图 4

11、1 4 2 1模型建立的基本假定为建模方便和简化计算 对有限元分析数值模拟建立如下假定 1 支护护结构及支撑处于弹性受力状态 土体为理想弹塑性介质 采用如前介绍的摩尔 库仑本构模型 2 支撑自重相对于庞大的土体而言很小 而且这里只做静力分析 忽略不计 3 开挖扰动引起的土体原位应力的改变不予以考虑 土体的初始应力假定为静力土压力 4 实体模型中土体深度取基坑开挖深度的三倍 宽度自开挖边界向外取开挖深度的两倍及其以上 42 4 2 2模型中材料所取的参数表模拟土体的物理参数指标 表4 1各土层物理参数指标 43 在计算中将SMW支护等效为等厚度墙体 厚度为600mm 弹性模量E 210106kP

12、a 泊松比 0 2 混凝土支撑 截面为600mmX600mm 弹性模量E 24106kPa 泊松比 0 2 预应力钢支撑 609钢 壁厚16mm 截面为 0 028m2 弹性模量E 200106kPa 泊松比 0 2 施工荷载取20KPa 44 4 2 3模型的建立在本次模拟中基坑的开挖分三步进行 第一步开挖至地表下2米处 开挖完成后设置混凝土支撑 第二步开挖到地表下4米处 开挖完成后设置钢支撑 第三步开挖至基坑设计开挖深度6米处 45 图4 2开挖过程的计算模型图 46 图4 3计算模型的单元划分 47 4 3数值模拟计算结果及分析4 3 1基坑开挖过程中的横向位移 48 图4 4第一次开挖

13、后土体的横向位移图 49 图4 5第二次开挖后土体的横向位移图 50 图4 6设置预应力钢支撑后土体的横向位移图 51 图4 7第三次开挖后土体的横向位移图 52 图4 8开挖过程中挡土墙沿线土体的横向位移 53 4 3 2基坑开挖过程中地表的沉降地表的沉降量也是衡量基坑工程安全与否的重要标准 54 图4 9基坑开挖过程中的地表沉降 55 4 4监测数据分析及与数值分析结果的对比4 4 1K0 745断面监测数据分析K0 745断面坑底距圈梁顶距离6m左右 该断面有一道混凝土支撑和一道钢支撑 该断面测点布置以及主要变形观测值如下 表4 2K0 745断面主要变形观测值 56 图4 10K0 7

14、45测点布置示意图 57 1 支护结构横向位移观测图K0 745断面的水平位移速率报警值为3mm d 横向位移报警值为40mm 在监测过程中没有出现超过报警值的情况 58 图4 11实测水平位移 59 2 支护结构顶部表面水平位移和顶部沉降随时间变化观测图K0 745断面的支护结构顶部水平位移报警值为31 5mm 顶部沉降报警值为31 5mm 在监测过程中并没有出现超过报警值的情况 60 图4 12支护顶面水平位移实测值 61 图4 13支护顶面沉降实测值 62 4 4 2实测结果与数值模拟结果的对比分析沿挡土墙沿线的实测横向位移曲线与数值模拟所得的数据曲线基本相同 实测的最大值约为0 022

15、米 位于地表下约8米处 而数值模拟所得的最大值约为0 018米 位于地表下约7米处 两者相差很少 挡土墙顶面的沉降量来看 数值模拟与实测的结果也十分相近 63 4 5本章小结1 从数值模拟的结果看 土体的横向位移主要出现在开挖面以下的土体 在位移达到峰值后迅速减小 开挖面以上的土体的横向位移都不大 说明横向支护的效果十分明显 尤其是施加了预应力钢支撑以后 横向位移有所减小 这充分说明了施加预应力在基坑开挖过程中的作用 2 数值模拟所得的地表沉降量随开挖的进行逐渐增加 由于施工荷载的施加 最大的沉降量没有出现在地表与挡土墙的交接处 而是出现在了施工荷载的作用中心 64 3 数值模拟与实测的横向位

16、移相比较 两者具有基本相同的曲线形状 最大位移量也要十分接近 同是地表沉降量的模拟值与实测值也很接近 说明数值模型在基坑开挖中的模拟是可靠的 也是可行的 4 无论是数值模拟的结果还是实测的结果都显示基坑开挖过程中土体的变形都比较小 在预警的范围以内 开挖过程中安全的 65 第五章结论与展望 5 1主要结论本文针对基坑开挖的问题 首先就目前基坑支护理论做了详尽的分析与总结 并对有限元数值模拟深基坑方法做了深入的介绍与研究 然后通过模拟不同条件下的基坑开挖过程 优化选择基坑开挖的支护方式 最后对无锡市湖滨路蠡湖隧道工程中的基坑开挖问题进行了有限元数值模拟和分析 并对此工程施工过程中的基坑监测数据进行了分析与研究 最后对两种方法得到的基坑水平位移作以分析与对比 以此试图得出一些有利于指导基坑开挖与支护的一些建议与结论 66 5 2展望 67